[发明专利]一种纳米二氧化钛光催化涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米二氧化钛光催化涂层的制备方法，所述方法为：通过液料送粉器将混有纳米TiO₂粉末的液料注入到等离子喷枪的喷涂焰流中，纳米TiO₂粉末液料在喷枪中发生液相蒸发，接着纳米TiO₂粉末在焰流中熔融，当熔融相到达基体后，熔融相与基体结合从而在基体表面形成纳米TiO₂涂层。本发明纳米TiO₂晶粒在高速等离子焰流作用下高速撞击基体形成涂层，整个喷涂过程可一步制备纳米TiO₂光催化涂层，效率高、成本低且能工业化生产。同时，本发明还提供一种由所述制备方法制备所得的纳米二氧化钛光催化涂层，涂层中保存了较多的原始锐钛矿相，TiO₂晶粒生长受到抑制，光催化性能显著提升，涂层结合强度高。

技术领域

本发明涉及功能陶瓷涂层领域，尤其是一种纳米二氧化钛光催化涂层及其制备方法。

背景技术

近年来随着纺织工业的发展和个人护理用品、杀虫剂、表面活性剂、药物等的滥用，大量的废水被排放到河流中，对人类的生存造成了严重的威胁。通常废水的处理方法包括物理处理法、化学处理法和生物处理法等。而半导体光催化技术处理废水是近年来兴起的新的废水处理方法。光催化技术是在光的照射作用下，借助光催化剂加速化学反应的技术，可利用持续的太阳能驱动光催化反应，在环境、能源等领域具有潜在的应用价值。同时，它催化效率高，无毒副产物生成，被认为是解决环境问题的可行技术。

TiO₂为N型半导体，当TiO₂被能量大于或等于禁带宽度的光照射时，价带电子被激发跃迁到导带，价带上产生相应空穴(h⁺)，电子与空穴在电场作用下分离并向粒子表面迁移，此过程中一部分电子空穴重新复合，另一部分则与吸附于TiO₂表面的O₂、H₂O和OH^-发生一系列反应生成HO·(羟基自由基)。h⁺和HO·完成对电子给体的光催化氧化，e^-则完成对电子受体的光催化还原。在众多的催化剂中，TiO₂因其化学稳定性高、耐光腐蚀、氧化能力强、光催化反应驱动力大、光催化活性高，可使一些吸热的化学反应在被光辐射的TiO₂表面得到实现和加速，加之无毒、成本低，所以TiO₂的光催化污水处理研究最为活跃。

研究表明，减少半导体的颗粒粒径，可以显著提高其光催化效率，因此纳米粒子具有高的光催化活性。目前认为纳米粒子具有优异的光催化活性的主要原因有：(1)纳米粒子具有量子尺寸效应，具有更强的氧化—还原能力；(2)光生电子从晶内扩散到表面的平均时间与粒径的平方成正比，颗粒粒径减少可以有效提高光催化活性；(3)半导体颗粒粒径减小，比表面积增大，吸附能力增强，可促进光催化反应的进行。所以，纳米TiO₂的光催化效率更好，能够更好地达到催化效果。